เทคโนโลยีการบัดกรีไร้สารตะกั่ว: การบัดกรี SAC และกาวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ตะกั่ว-ดีบุกบัดกรีถูกใช้เพื่อยึดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์บัดกรี ผลกระทบต่อสุขภาพที่ร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตะกั่วทำให้เกิดความพยายามอย่างมากในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในการหาสารทดแทนตะกั่วบัดกรี ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าพวกเขาได้ค้นพบความเป็นไปได้บางประการ: วัสดุประสานทางเลือกที่ทำจากโลหะผสมและส่วนประกอบของโพลิเมอร์ที่เรียกว่ากาวนำไฟฟ้า
การบัดกรีเป็นแกนหลักของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตะกั่วนั้นสมบูรณ์แบบในการบัดกรี อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดได้รับการออกแบบตามจุดหลอมเหลวและคุณสมบัติทางกายภาพของตะกั่ว ฉันเป็นผู้นำ — วัสดุพลาสติก ไม่แตกง่าย จึงใช้งานได้ง่าย เมื่อนำตะกั่วมาผสมกับดีบุกในอัตราส่วนที่ถูกต้อง (ดีบุก 63% และตะกั่ว 37%) โลหะผสมจะมีจุดหลอมเหลวต่ำที่ 183 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นข้อดีอีกประการหนึ่ง
เมื่อทำงานที่อุณหภูมิต่ำ กระบวนการบัดกรี มีการใช้การควบคุมที่ดีขึ้นผ่านเทคโนโลยีการผลิตร่วมกัน ในขณะที่ชิ้นส่วนที่เชื่อมจะไม่ไวต่อการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิที่น้อยที่สุด อุณหภูมิที่ต่ำยังหมายถึงความเครียดน้อยลงบนอุปกรณ์และวัสดุ (PCB และส่วนประกอบ) ที่ร้อนขึ้นระหว่างการประกอบ และผลผลิตที่สูงขึ้นในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากเวลาในการทำความร้อนและเย็นลงที่สั้นลง
แรงจูงใจหลักสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในยุโรปในการเริ่มใช้โลหะบัดกรีไร้สารตะกั่วคือการห้ามใช้สารตะกั่วที่กำหนดโดยสหภาพยุโรป ภายใต้ข้อจำกัดคำสั่งวัตถุอันตราย สารตะกั่วจะต้องถูกแทนที่ด้วยสารอื่นภายในวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2549 (คำสั่งนี้ยังห้ามสารปรอท แคดเมียม เฮกซะวาเลนต์โครเมียม และสารพิษอื่นๆ)
ขณะนี้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีสารตะกั่วถูกแบนในยุโรป ในเรื่องนี้ไม่ช้าก็เร็วรัสเซียจะต้องเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบไร้สารตะกั่วในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ตะกั่วไม่ได้เป็นปัญหาในตัวเองตราบเท่าที่มีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม เมื่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ลงเอยด้วยการฝังกลบ สารตะกั่วสามารถชะล้างออกจากดินที่ฝังกลบและกลายเป็นน้ำดื่มได้ ความเสี่ยงเพิ่มขึ้นในประเทศที่มีการนำเข้าขยะอิเล็กทรอนิกส์เป็นจำนวนมาก
ตัวอย่างเช่น ในประเทศจีน คนงานที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน รวมถึงเด็กจำนวนมาก มีส่วนร่วมในการแยกชิ้นส่วน (บัดกรี) วัสดุรีไซเคิลจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ในรัสเซีย แม้กระทั่งทุกวันนี้ ตะกั่วบัดกรียังพบได้ทั่วไปในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ใช้ระบบอัตโนมัติ
อันตรายของสารตะกั่วต่อสุขภาพของมนุษย์แม้ในระดับต่ำก็เป็นที่ทราบกันดี: ความผิดปกติของระบบประสาทและระบบย่อยอาหารโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเด็ก และความสามารถในการสะสมของสารตะกั่วในร่างกายทำให้เกิดพิษรุนแรง
ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เริ่มมองหาตัวประสานทางเลือกตั้งแต่ต้นปี 1990 เมื่อมีการหารือถึงข้อเสนอที่ให้สัตยาบันในการห้ามตะกั่วในสหรัฐอเมริกา ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ได้ตรวจสอบเครื่องมือบัดกรีทางเลือก 75 รายการ และตัดรายการดังกล่าวให้เหลือเพียงครึ่งโหล
ในท้ายที่สุด ส่วนผสมของดีบุก 95.5% เงิน 3.9% และทองแดง 0.6% หรือที่เรียกว่าบัดกรีเกรด SAC (ตัวย่อของตัวอักษรตัวแรกขององค์ประกอบ Sn, Ag, Cu) ได้รับเลือก ให้ความน่าเชื่อถือและความสะดวกในการ ดำเนินการแทนตะกั่วบัดกรีตะกั่ว จุดหลอมเหลวของโลหะบัดกรี SAC คือ 217 องศา ซึ่งใกล้เคียงกับจุดหลอมเหลวของตะกั่วบัดกรีทั่วไป (183 ... 260 องศา)
บัดกรีไร้สกรู
ปัจจุบันมีการใช้บัดกรี SAC กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนอกชายฝั่ง การแนะนำโลหะบัดกรีชนิดใหม่ต้องใช้ความพยายามอย่างมากในส่วนของบริษัทอิเล็กทรอนิกส์ ผู้เชี่ยวชาญกังวลว่าในช่วงแรกของการเปิดตัวบัดกรีไร้สารตะกั่ว อัตราความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์อาจเพิ่มขึ้นได้
ในเรื่องนี้ อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับชีวิตและความปลอดภัยของผู้คน เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับโรงพยาบาล ถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีเก่า การห้ามใช้ตะกั่วบัดกรียังไม่มีผลกับโทรศัพท์มือถือและกล้องดิจิทัล นอกจากนี้ยังไม่มีคำตอบที่แน่ชัดเกี่ยวกับความปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ของโลหะบัดกรีชนิดเงินแบบใหม่ — โลหะชนิดนี้เป็นพิษต่อสัตว์น้ำ
ฟลักซ์ไร้สารตะกั่ว
ส่วน. 1.ลักษณะเปรียบเทียบของโลหะบัดกรี SAC และตะกั่วบัดกรีดีบุกบางชนิด
ทางเลือกทดลองที่กล้าได้กล้าเสียมากกว่าการบัดกรีด้วยตะกั่วบัดกรีคือการใช้กาวนำไฟฟ้า... เหล่านี้คือโพลิเมอร์ ซิลิโคน หรือโพลีอะไมด์ที่มีโลหะเป็นเกล็ดเล็กๆ ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นสีเงิน โพลิเมอร์กาวชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเกล็ดโลหะเป็นตัวนำไฟฟ้า
กาวเหล่านี้มีข้อดีหลายประการ การนำไฟฟ้าของเงินสูงมากและความต้านทานไฟฟ้าต่ำ อุณหภูมิที่ต้องใช้ในการติดกาวประกอบ PCB นั้นต่ำกว่า (150 องศา) กว่าอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการบัดกรีแบบใช้ตะกั่ว ดังนั้นประการแรกจึงประหยัดไฟฟ้าและประการที่สองชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะได้รับความร้อนน้อยลงซึ่งเป็นผลมาจากความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น
งานวิจัยของฟินแลนด์ที่นำเสนอในปี 2543 ในการประชุมนานาชาติเรื่องกาวและเทคโนโลยีการเคลือบในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ครั้งที่ 4 แสดงให้เห็นว่ากาวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าสร้างพันธะที่แข็งแรงกว่าการบัดกรีแบบดั้งเดิม
หากนักวิทยาศาสตร์สามารถเพิ่มการนำไฟฟ้าของกาวดังกล่าวได้ ก็จะสามารถทดแทนการบัดกรีแบบเดิมได้อย่างสมบูรณ์ จนถึงขณะนี้ วัสดุเหล่านี้ถูกนำมาใช้สำหรับสารประกอบตัวนำขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อย แอมแปร์ — สำหรับการบัดกรีจอแสดงผลคริสตัลเหลวและคริสตัล การวิจัยในพื้นที่นี้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มโมเลกุลของกรดไดคาร์บอกซิลิก ซึ่งทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างเกล็ดเงินและเพิ่มการนำไฟฟ้าของวัสดุตามนั้น
ปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับกาวนำไฟฟ้าคือการทำลายได้เมื่อส่วนประกอบได้รับความร้อนสูงกว่า 150 องศามีข้อกังวลอื่นๆ เกี่ยวกับกาวนำไฟฟ้า เมื่อเวลาผ่านไป ความสามารถของกาวในการนำไฟฟ้าจะลดลง และน้ำที่โพลิเมอร์สามารถดูดซับได้จะทำให้เกิดการกัดกร่อน เมื่อหล่นจากที่สูง กาวจะมีคุณสมบัติเปราะบาง และโพลิเมอร์ที่เจือด้วยยางจะได้รับการพัฒนาเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นในอนาคต ความรู้ไม่เพียงพอเกี่ยวกับเนื้อหานี้อาจเปิดเผยปัญหาอื่น ๆ ที่ยังไม่ทราบเพิ่มเติม
กาวนำไฟฟ้าคาดว่าจะใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (โทรศัพท์มือถือและกล้องดิจิทัล) ที่ความน่าเชื่อถือไม่สำคัญ เช่น การแพทย์และการบิน